Jak chránit ocelové konstrukce proti korozi

V obecném pojetí chápeme korozi jako samovolně probíhající proces postupného rozrušování a znehodnocování materiálu vlivem chemických a fyzikálně-chemických faktorů v daném prostředí. Podmínky expozice jednotlivých materiálů a významnost ovlivňujících činitelů se ovšem výrazně liší.

Na degradaci organických materiálů má kromě kyslíku rozhodující vliv také sluneční záření, teplota a její změny společně s vlhkostí a znečišťujícími látkami. V případě kombinace jednotlivých vlivů atmosféry může docházet k synergickému efektu neboli k vzájemnému ovlivnění faktorů. Jednotlivá prostředí jsou pak charakterizována celou řadou činitelů, které různě ovlivňují stupeň agresivity prostředí.

A právě sledované korozní rychlosti technicky významných kovů v závislosti na agresivitě atmosféry vedly k vypracování klasifikace korozní agresivity atmosfér. Zjištěné informace jsou důležité při výběru systémů ochrany proti korozi. Základní činitele atmosférické koroze kovů a slitin definuje norma ČSN ISO 9223. Pro základní konstrukční materiály lze korozní rychlost, resp. korozní odolnost v různých atmosférických prostředích, odvodit na základě ČSN ISO 9223 a 9224.

Základními činiteli atmosférické koroze kovů a slitin jsou: t (doba ovlhčení), P (znečištění oxidem siřičitým) a S (znečištění vzdušnou salinitou). Stupeň korozní agresivity se pak udává ve stupních označených písmenem C a číslicí. Vychází se přitom z údajů o úrovních působení výše uvedených tří činitelů. Korozní agresivita atmosféry se označuje celkem pěti stupni: C1 (velmi nízká) až C5 (velmi vysoká).

Vliv výběru konstrukčního řešení na korozi
Hodnoty uváděné normou se týkají rovnoměrné koroze. V reálných podmínkách je životnost významně ovlivňována nerovnoměrnými formami korozního napadení (důlková koroze, korozní praskání). Pro mnohé korozní systémy je výhodné kombinovat dvě nebo více metod protikorozní ochrany. Důležitá je především kombinace volby materiálu s ochranným povlakem.

Významným faktorem při zajištění odolnosti proti korozi je i správné navržení konstrukčního řešení. Příklady vhodného konstrukčního řešení dílů a uzlů jsou uvedeny v normách ČSN EN ISO 12944-3, ČSN 73 6201, ČSN 73 2603 a ČSN 73 2601. Tyto normy se týkají především mostních konstrukcí a ocelových mostních konstrukcí. Norma ČSN EN ISO 12944-3 stanovuje, jak projektovat ocelové konstrukce se zřetelem na ochranu proti korozi a na korozní odolnost.

Obecné zásady pro konstrukce z hlediska protikorozní ochrany
Návrh řešení má být takový, aby bylo možné udržet konstrukci suchou a čistou. Je třeba zabezpečit odvod dešťové nebo kondenzační vody z konstrukce. Plochy by tedy měly být nakloněné nebo klenuté, profily otevřené směrem dolů. Tam, kde to není možné, by měly být odvodněny. Na členitých površích s velkým množstvím nepravidelností se může shromažďovat prach, voda a nejrůznější kontamináty. To zvyšuje riziko vzniku koroze a ovlivňuje expozici celé konstrukce. Spoje musejí vytvořit rovnoměrný povrch bez možnosti zatékání vody a dalších agresivních složek. Důležité je, aby tvary konstrukce vyhovovaly z hlediska odolnosti proti korozi. Proto jsou upřednostňovány jednoduché tvary a omezovány ostré hrany a další detaily, které komplikují nátěrové práce.

Povrchy, které nelze ošetřit po montáži, by měly být ošetřeny před ní, případně by měly být z materiálů odolných proti korozi. Škodlivé galvanické články lze z povrchu konstrukce odstranit, zachová-li se větší oblast méně ušlechtilého kovu oproti ušlechtilému. Stejného efektu je možné dosáhnout izolováním obou kovů, pokrytím méně ušlechtilého kovu povlakem s izolačními vlastnostmi a také antikorozní barvou či jiným povlakem.

V návrhu řešení se musí počítat s nátěry po montáži, s instalací a další údržbou. Možnosti, jak nanést ochranný povlak a vykonat údržbu, závisejí ve značné míře na tvaru a umístění konstrukce. To má samozřejmě vliv na životnost nátěrového systému, a proto musí být povrch ocelové konstrukce vždy dostupný, aby se mohl předem upravit, natřít a zkontrolovat. Při plánování konstrukce je nutné minimalizovat mechanická poškození – mohla by zapříčinit proces koroze.

Ocelové materiály a jejich korozní odolnost v různých atmosférických podmínkách
Ocelové materiály se rozlišují také z hlediska protikorozní ochrany. Uhlíkové oceli mají bez povrchové úpravy pouze omezené použití. Řešením pro tento typ materiá­lu může být nátěrový systém skládající se z antikorozního základního nátěru v kombinaci s vrchním nátěrem.

Naopak korozivzdorné oceli chromové, chromniklové a chrommanganové jsou v běžných atmosférických podmínkách zcela odolné proti korozi. Korozní odolnost je přitom podmíněna pasivním stavem jejich povrchu. Pro vznik tohoto pasivního stavu je nezbytná přítomnost chromu v tuhém roztoku v železe v koncentraci minimálně 12 %.

Třetí variantou ocelových materiálů jsou patinující nízkolegované oceli typu Amofix/Corten. Jedná se o zvláštní skupinu konstrukčních ocelí, vyráběných v různých jakostech, a tedy s mírně odlišnými korozními vlastnostmi. Ve vhodných atmosférických podmínkách vzniká na jejich povrchu postupně pevná patina, která následně brání korozi. Zpočátku zpravidla korodují jako uhlíkové oceli a jejich vyšší odolnost se projeví až po určité době, kdy na povrchu vznikne vrstva patiny s ochrannými vlastnostmi. Materiál pak již nekoroduje do hloubky. Nejvíce používané jsou stavební konstrukce z uhlíkových ocelí, tj. z ocelí vyžadujících přítomnost ochranných povlaků, např. nátěrů.

Volba ochranných nátěrových systémů
Při výběru ochranných systémů je třeba vymezit funkci ochrany při současném zohlednění požadavku na životnost povlaku. Důležité je přitom zhodnotit všechny významné činitele, které budou v průběhu užívání na systém působit. Jedná se o posouzení korozní agresivity prostředí včetně možnosti působení a vlivu slunečního záření, přítomnosti vlhkosti, teploty působící trvale na povrch, popřípadě dalších speciál­ních druhů namáhání.

Při volbě konkrétního povlaku je nutné vycházet vždy z doporučení výrobce, uváděného v technických pokynech pro konkrétní systémy. V závislosti na dosažitelném stupni očištění podkladu a požadované životnosti lze vycházet z příkladů tabulek normy ČSN EN ISO 12 944-5 Protikorozní ochrana ocelových konstrukcí ochrannými nátěrovými systémy. Část 5: Ochranné nátěrové systémy.

Životnost nátěrového filmu závisí zejména na těchto faktorech:

• správná volba vhodného nátěrového systému,
• konstrukční uspořádání,
• stav povrchu ocelového podkladu, příprava podkladu,
• úroveň aplikace a dodržení doporučení výrobce,
• podmínky prostředí a podmínky při aplikaci.

Nátěry jsou při správné volbě vhodné prakticky pro každé prostředí. Pro konkrétní podmínky je však třeba vybrat tu nejvhodnější skladbu nátěrového systému. Ochranné vlastnosti pak závisejí i na odpovídající volbě systému z hlediska podkladového kovu, na kombinaci jednotlivých vrstev, vlastnostech základního nátěru, přilnavosti, celistvosti systému a samozřejmě také na dodržení technologických postupů. Nátěrové systémy jsou povlaky tvořené více vrstvami jednotlivých nátěrů. Běžnou skladbu (od podkladového kovu) představuje základní nátěr, tmelová vrstva, podkladový nátěr a vrchní nátěr.

Funkcí základního nátěru je zajistit zejména antikorozní ochranu podkladu a dále pak odpovídající přilnavost následných vrstev nátěrů. Tmelové vrstvy se aplikují v případě, kdy je nutné vyplnit nerovnosti či utěsnit spáry. Vrstvy musejí být navzájem kompatibilní a tmely musejí vykazovat potřebnou tvrdost, brousitelnost a vhodnou pružnost s ohledem na vlastnosti kovového povrchu. Vrchní nátěry (barvy nebo emaily) jsou poslední vrchní vrstvou nátěrového systému. Musejí být, stejně jako ostatní vrstvy, kompatibilní s ostatními použitými nátěry, odolné prostředí včetně UV záření a zároveň musejí splňovat dekorativní a estetické požadavky.

Také pro méně agresivní korozivní prostředí lze použít například produkty Primalex. Před aplikací základního nátěru je třeba zkorodovaná místa co nejpečlivěji očistit od rzi, starých barev a mechanických nečistot, nejlépe až na kov.

Jako základní nátěr je možno volit antikorozní barvu, v exponovaných místech je nezbytná aplikace ve více vrstvách (základní antikorozní barva obsahuje látky zamezující rozvoji koroze; je nutné, aby v celé ploše měla potřebnou tloušťku, povrch nepřebrušujeme).

Poté přichází ke slovu vrchní barva (před aplikací musí být důkladně promíchána), v exponovaných místech opět ve více vrstvách. Vrchní barva ochraňuje základní antikorozní barvu a zabraňuje pronikání vody k podkladu. Je třeba dodržovat interval mezi jednotlivými vrstvami doporučený výrobcem (24 hodin při teplotě 23 °C a relativní vlhkosti vzduchu 50 % u syntetických produktů, vodou ředitelné barvy mají interval asi 2 až 5 hodin).

Ing. Petr Pešek
Foto: Primalex

Autor pracuje ve vývoji společnosti Primalex jako technolog aplikací výrobků. Studoval na Fakultě stavební ČVUT v Praze, obor pozemní stavby se zaměřením na fyzikální analýzu staveb a rekonstrukce staveb.